Composants multicouches spatialement structurés pour les domaines du visible et de l'infrarouge

Spatially structured multilayer components for the visible and the infrared range

• Auteur / Autrice : Antoine Bourgade
• Direction : Julien Lumeau, Thomas Begou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Optique, photonique et traitement d'image
• Date : Soutenance le 11/10/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Fresnel (Marseille, France)
• Jury : Président / Présidente : Annie Pradel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandre Joerg, Karine Mathieu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Moser, Pierre Ambs

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chalcogénures

Couches minces

Diffraction

Optique

Mots clés libres

Verres de chalcogénures

Filtres optiques interférentiels

Éléments optiques diffractifs

Applications couches minces optiques

Photosensibilité

Chalcogenide glasses

Optical filters

Diffractive optical elements

Thin-Film applications

Photosensitivity

Résumé

L’objectif de cette thèse était de de montrer que des couches minces à base de verres de chalcogénures de qualité optique peuvent être fabriquées par évaporation par canons à électrons. En particulier, une étude détaillée des couches d’As2S3 pour la réalisation de filtres optiques multicouches a été réalisée. Ces couches présentent des propriétés de photosensibilité et il a été montré que ces variations photo-induites d'épaisseur optique pouvaient être soit positive (+4%) soit négative (-2%). Nous avons montré qu'avec bicouches Ag / As2S3 il était possible, par phénomènes photo-induits, de contrôler l'amplitude locale transmise. Nous avons ensuite montré que ces couches de chalcogénures étaient compatibles avec la fabrication de filtres optiques interférentiels passe-bande du type Fabry-Perot simple et multi-cavités et que l'emploi de couches de verres de chalcogénures permet non seulement la fabrication d'empilement complexes à performances spectrales similaires à celles obtenues avec des matériaux classiques mais également d'améliorer ces performances en réalisant une correction a posteriori des variations des propriétés optiques de par la surface du composant afin de produire des composants à trés grande uniformité. Enfin, nous avons montré que l'emploi de couches de verres de chalcogénures offrait une nouvelle approche pour la réalisation d’éléments diffractifs optiques de volume. Pour ce faire, nous avons développé une technique d'inscription photo-induite spatialement résolue pour la réalisation d'éléments optiques diffractifs de volume

The aim of this thesis was to demonstrated that optical quality thin layers based on chalcogenide glasses can be manufactured using electron beam deposition. In particular, we carried out a detailed study of As2S3 layers for the realization of multilayer optical filters. These layers have photosensitive properties and it has been shown that photoinduced optical thickness (index and / or thickness) variations can be either positive (+ 4%) or negative (-2%). We have also shown that by using Ag / As2S3 bilayers, it is possible, by photoinduced phenomena, to control the local transmitted amplitude. We then demonstrated that these chalcogenide layers are compatible with the fabrication of single and multi-cavity Fabry-Perot band-pass optical interference filters and that the use of chalcogenide-based layers not only allows the fabrication of optical filters with performances similar to those obtained with conventional optical thin film materials but also to improve these performances by performing an a-posteriori correction of the variations of the optical properties over the surface of the component and produce components with very high uniformity. Finally, we have shown that the use of chalcogenide glass layers offers a new approach for the fabrication of optical diffractive optical elements. To achieve this, we have developed a dedicated technique for the production of volumetric diffractive optical elements (similar to lithography) for producing similar diffractive optical elements but based on photoinduced index variations